農(nóng)業(yè)機(jī)械齒輪的鑒定及常見損傷分析

張國(guó)成

摘 要：齒輪在農(nóng)業(yè)機(jī)械中被廣泛應(yīng)用，齒輪發(fā)生損傷，就會(huì)影響傳動(dòng)裝置的正常工作，甚至?xí)鹬卮笫鹿?。我們要掌握齒輪技術(shù)狀態(tài)鑒定標(biāo)準(zhǔn)，知道齒輪損傷原因，以便做好預(yù)防工作，延長(zhǎng)齒輪的使用壽命。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；齒輪；鑒定；常見損傷

中圖分類號(hào)：TH132.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.12.051

齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。如輪式拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)齒輪工作負(fù)荷相當(dāng)繁重，其常見損傷形式是齒面磨損，齒面點(diǎn)蝕與剝落，齒面粘著磨損與輪齒折斷等。如果齒輪發(fā)生損傷，就會(huì)影響傳動(dòng)裝置的正常工作，甚至?xí)鹬卮笫鹿省Ｒ虼?，有必要?duì)齒輪損傷作以分析，以提醒用戶注意使用方法。

1 齒輪技術(shù)狀態(tài)鑒定

農(nóng)業(yè)機(jī)械大修中，齒輪的檢驗(yàn)一般多采用手摸感覺法和量具測(cè)量法。疲勞剝落、裂損、折斷多采用目測(cè)法檢查。 下面以輪式拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)齒輪為例，介紹齒輪的修理技術(shù)要求：①齒面磨損一般不得大于0.5 mm。②主、從動(dòng)錐齒輪的疲勞剝落點(diǎn)面積不得大于一個(gè)齒的25%；輪齒損壞（不包括裂紋）不得超過齒長(zhǎng)的1/5和齒高的1/3。在上述情況下，主動(dòng)齒輪輪齒損傷不超過3個(gè)（相鄰的不超過兩個(gè)）；從動(dòng)齒輪輪齒損傷不得超過4個(gè)（相鄰的不超過3個(gè)）。如僅損壞一齒，要求可酌量放寬。③主、從動(dòng)圓柱齒輪輪齒損傷（不包括裂紋）應(yīng)不大于全齒長(zhǎng)的1/6和齒高1/3。④行星齒輪和半軸齒輪輪齒工作面的損傷，應(yīng)不大于全齒長(zhǎng)的1/4和齒高的1/3，一個(gè)齒輪上數(shù)量不多于3個(gè)。行星齒輪球面和半軸齒輪端面如有擦傷，其深度不得超過0.25 mm，擦傷面寬不得超過工作面的1/3，否則應(yīng)予修磨。⑤對(duì)于損傷不嚴(yán)重的斑點(diǎn)、毛刺、擦傷，應(yīng)予修磨后使用。對(duì)于損傷超過規(guī)定的齒輪，一般應(yīng)更換。

2 齒輪損傷原因分析

2.1 齒面磨損

磨損是齒輪損壞的主要形式。齒輪經(jīng)過長(zhǎng)期工作后，齒輪表面的磨損會(huì)逐漸增大，乃至齒輪的正常嚙合印痕和嚙合間隙被破壞。這樣齒輪工作將進(jìn)入事故損壞階段，此時(shí)如不注意使用、檢查和保養(yǎng)，就極易出現(xiàn)故障。齒輪牙齒表面有時(shí)磨損速度很快，短時(shí)期內(nèi)嚙合即遭破壞，引起這種磨損的原因主要是人為造成的。例如：潤(rùn)滑油添加不足或不及時(shí)更換變質(zhì)的潤(rùn)滑油；潤(rùn)滑油中混入雜質(zhì)；齒輪安裝調(diào)整不當(dāng)?shù)?。有時(shí)還由于齒輪制造材質(zhì)不佳；加工處理不好；表面硬度、強(qiáng)度和粗糙度不夠等原因造成的。

2.2 齒輪裂紋

齒輪裂紋是一種范圍很廣的缺陷或損傷，它包括：（1）淬火裂紋。由于淬火應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋。分使用前就能看到的裂紋和使用后才出現(xiàn)裂紋兩種。它容易產(chǎn)生在齒頂和齒端角。（2）磨削裂紋。因磨削加工的條件不當(dāng)或因存在淬火應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋。該種裂紋有時(shí)在齒輪使用后出現(xiàn)。（3）疲勞裂紋。在材料彎曲疲勞過程中出現(xiàn)的裂紋，從齒根圓角處的表面或者表面正下方擴(kuò)展。當(dāng)齒輪一端接觸時(shí)，在齒的端部和圓角上，大體上成直角裂紋；當(dāng)齒長(zhǎng)方向采用鼓形齒或齒端修薄時(shí)，在圓角上沿齒向出現(xiàn)裂紋。

2.3 輪齒折斷

齒輪輪齒發(fā)生折斷現(xiàn)象的原因多種多樣，主要可以分為疲勞折斷、過載折斷、剪切折斷。

（1）疲勞折斷。當(dāng)輪齒根部危險(xiǎn)截面處的交變應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時(shí)，會(huì)發(fā)生輪齒疲勞折斷現(xiàn)象。輪齒疲勞斷裂也受一些因素的影響，如設(shè)計(jì)不當(dāng)、裝配不好、熱處理變形使輪齒接觸不好、齒根部位加工粗糙引起的應(yīng)力集中（包括齒根部圓角半徑太小也會(huì)引起應(yīng)力集中）、鋼材內(nèi)部非金屬夾雜和熱處理質(zhì)量（如心部硬度偏低）、使用中由于短時(shí)期的低速高載荷作用積累的結(jié)果等。

（2）過載折斷。過載折斷是短時(shí)過載或沖擊載荷而產(chǎn)生的折斷。它不像疲勞折斷從裂紋緩慢地?cái)U(kuò)展至折斷，其斷面情況同靜止彎曲破壞斷面相似。過載可以有以下4種情況引起輪齒斷裂：突然的沖擊過載荷；由于軸承損壞引起的輪齒過載荷；由于軸的彎曲引起的過載荷；在兩個(gè)配對(duì)齒輪間有大塊異物引起的過載荷。

（ 3）剪切折斷（輪齒剪斷）。作用于輪齒上的剪切載荷過大，造成齒輪折斷，并在破壞斷面附近產(chǎn)生較大的塑性變形。它往往發(fā)生在有色金屬齒輪、非金屬齒輪及齒輪聯(lián)軸器上。

2.4 齒面點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是指表面或齒表面的交變應(yīng)力超過材料的疲勞極限引起的損壞。根據(jù)損壞程度可分為初試點(diǎn)蝕、損壞性點(diǎn)蝕和剝落。嚴(yán)重時(shí)剝落可以連成一片。當(dāng)齒面的循環(huán)接觸應(yīng)力超過材料的接觸疲勞極限時(shí)，在齒面或離齒面一定深度處產(chǎn)生微細(xì)裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)展，微小金屬片從齒面剝落形成凹坑，造成點(diǎn)蝕。

（1）非擴(kuò)展性點(diǎn)蝕。齒面經(jīng)跑合后接觸面積增大使載荷分布趨于均勻，應(yīng)力降到疲勞極限以下，點(diǎn)蝕就停止發(fā)展，這種點(diǎn)蝕的凹坑一般很小，齒輪仍可正常工作。

（2）擴(kuò)展性點(diǎn)蝕。此種點(diǎn)蝕通常在節(jié)線的齒根部分出現(xiàn)。初始點(diǎn)蝕后雖經(jīng)齒面跑合，但齒面應(yīng)力仍超過材料的疲勞極限，點(diǎn)蝕凹坑的數(shù)量和大小不斷擴(kuò)大，即成為擴(kuò)展性點(diǎn)蝕。它使齒面磨損加劇，齒形變壞，振動(dòng)和噪聲明顯增多，嚴(yán)重時(shí)，從點(diǎn)蝕凹坑開始開裂而引起斷齒。硬齒面齒輪通常出現(xiàn)擴(kuò)展性點(diǎn)蝕。擴(kuò)展性點(diǎn)蝕是齒輪表面硬度偏低（如表面碳含量偏低、脫碳及表面氧化等造成的表面硬度偏低）引起的。